光芯片按功能可以分为激光器芯片和探测器芯片。
激光器芯片主要用于发射信号，将电信 号转化为光信号，探测器芯片主要用于接收信号，将光信号转化为电信号。激光器芯片根 据谐振腔制造工艺的不同可分为边发射激光芯片（EEL）和面发射激光芯片（VCSEL）。 探测器芯片，主要有 PIN 和 APD 两类。
1）激光器芯片。激光器可以按照增益介质、输出波长、运转方式、泵浦方式进行分类，增益介质可分为固 态（含固体、半导体、光纤、混合）、液体激光器、气体激光器等，泵浦方式可分为电泵 浦、光泵浦、化学泵浦激光器，运转方式可分为连续激光器和脉冲激光器，波长可分为红 外光激光器、可见光激光器、紫外激光器、深紫外激光器等。
通信用激光器芯片属于半导体激光器，由泵浦源（激励源）、增益介质（工作物质）和谐 振腔等光学器件材料组成。泵浦源为增益介质提供能量激励（以电激励为主），而增益介 质是光子产生的源泉（以化合物半导体材料为主），通过吸收泵浦源产生的能量，使得增 益介质从基态跃迁到激发态。由于激发态为不稳定状态，此时，增益介质将释放能量回归 到基态的稳态。在这个释能的过程中，增益介质产生出光子，且这些光子在能量、波长、 方向上具有高度一致性，它们在光学谐振腔内不断反射，往复运动，从而不断放大，最终 通过反射镜射出激光，形成激光束。
激光器芯片根据谐振腔制造工艺的不同可分为边发射激光芯片（EEL）和面发射激光芯片 （VCSEL）。边发射激光器芯片（EEL）是在芯片的两侧镀光学膜形成谐振腔，沿平行 于衬底表面发射激光，而面发射激光器芯片（VCSEL）是在芯片的上下两面镀光学膜， 形成谐振腔，由于光学谐振腔与衬底垂直，能够实现垂直于芯片表面发射激光。面发射激 光器芯片（VCSEL）有低阈值电流、稳定单波长工作、可高频调制、容易二维集成、没 有腔面阈值损伤、制造成本低等优点，但输出功率及电光效率较边发射激光芯片低。
边发射芯片（EEL）又包含 DFB、EML、FP 三种光芯片。FP 和 DFB 是比较常见的直接 调制半导体激光器（DML），DML 原理是将预调制的电信号电流叠加到激光器的偏置电 流上对激光器进行调制，输出随调制信号而变化的光信号。传统 FP 激光器芯片因损耗较 大以及传输距离短的特性，在光通信领域的应用逐年减少，份额逐步被 DFB 激光器芯片 代替。DFB 芯片在 FP 的基础上，在外延植入了布拉格光栅，实现单模输出，从而实现中 长距离传输的需求。EML 是电吸收调制激光器，EML 通过在 DFB 的基础上增加外调制 器电吸收片（EAM），啁啾与色散性能均优于 DFB，适用于更长距离传输。
2）探测器芯片。探测器芯片又称为光电二极管，主要有 PIN(PN二极管探测器)和 APD(雪崩二极管探测器) 两种芯片。当一个带有充足能量的光子撞击到光电二极管上，光电二极管将激发一个电子， 从而产生自由电子(同时有一个带正电的电洞)，这样的机制被称作是内光电效应。光电二 极管在设计时会使 PN 结的面积相对大，同时设计为在反向电压下工作。如果光子的吸收 发生在结的耗尽层，则该区域的内电场将会消除其间的屏障，使得空穴能够向着阳极的方 向运动，电子向着阴极的方向运动，于是光电流就产生了。 PIN 型二极管：和普通二层结构的 p-n 接面二极管相比，PIN 型二极管在由 P 型半导体材 料组成的 P 层和由 N 型半导体材料组成的 N 层中间，插入一层低掺杂的纯度接近于本征 半导体材料组成的 I 层。本征层的引入增大了 p+区的耗尽层的厚度，加宽的耗尽层提高 了 PIN 光电二极管的性能，PIN 型二极管主要用于中长距离传输。
光芯片常使用三五族化合物磷化铟（InP）和砷化镓（GaAs）作为芯片的衬底材料。以三 五族元素的化合物构成的半导体材料具有高频、高低温性能好、噪声小、抗辐射能力强、 电子迁移率高、光电性能好等优点，符合高频通信的特点，在高频、高功耗、高压、高温 等特殊应用领域具备独特的优势，因此在光通信芯片领域得到广泛使用。磷化铟（InP） 衬底用于制作 FP、DFB、EML 边发射激光器芯片和 PIN、APD 探测器芯片，主要应用于 电信、数据中心等中长距离传输；砷化镓（GaAs）衬底用于制作 VCSEL 面发射激光器 芯片，主要应用于数据中心短距离传输、3D 感测等领域。
全球范围内光芯片厂商多采用 IDM 模式，工艺的成熟度、稳定性与多样性为企业核心竞 争力。目前全球范围内半导体行业的经营模式可分为 IDM 与 Fabless，IDM 为垂直整合 制造模式，企业独立完成芯片设计、晶圆制造、封装测试等全部环节。Fabless 为无晶圆 厂模式，企业主要从事芯片设计及销售，将晶圆制造、封装测试等生产环节委托给第三方 厂商完成。Fabless 模式能减少大规模资本性投入，将有限的资源集中于电路优化、版图 设计、仿真模拟等设计研发环节，更适合逻辑芯片企业。而无论是海外还是国内的光电子 器件企业多采用 IDM 模式，主要系光电子器件遵循特色工艺，即器件价值的提升不完全 依靠制程的提升，激光器芯片需通过工艺平台实现光器件的特色功能，更注重工艺的成熟 和稳定。相比以线宽为基准的逻辑工艺，特色工艺的竞争能力更加综合，包括工艺、产品、 服务、平台等多个维度，核心竞争点在于工艺的成熟度和稳定性，工艺平台的多样性。
晶圆有源发光区的量子阱设计和制造是激光器芯片的核心，是将基板/衬底通过气相外延、 液相外延、分子束外延等设备生长晶体。量子阱外延片共包含 20～30 层结构，每层量子 阱厚度 4~10nm 不等。以 25G DFB 激光器芯片为例，有源区量子阱的层数较中低速率激 光器芯片增加超过 50%，因此需要对每层量子阱实现埃米级（0.1nm）的精度控制，以保 证量子阱厚度精度误差小于 0.2nm。此外，还需要控制晶体的掺杂浓度、沉积厚度，避免 出现量子阱发光波长的偏差、量子阱各层间的应力偏差，导致产品最终性能与可靠性受到 影响。
从中低速率光芯片向高速率光芯片演进的过程中，光栅技术升级带动工艺难度提升与设备 升级。中低速率光芯片为等周期布拉格光栅结构，通常使用传统全息曝光系统即可制作。 而 25G 及以上的光芯片，光栅升级为变相非等周期布拉格光栅，制作环节上需使用更高 精度和更先进的电子束光栅系统，要求精度达到纳米级（1nm），以实现 Wafer 上每颗芯 片的一致的光电特性。
衬底是光芯片的上游核心原材料，在成本和工艺上共同影响制造环节。目前大规格、高品 质的衬底基本被境外厂商垄断，国内供应商的份额逐年提高。磷化铟因其具有饱和电子漂 移速度高、发光损耗低的特点，在光电芯片衬底材料中拥有特殊的优势，被用于电信用电 吸收调制激光器中，逐渐在光通信市场实现商业化应用，成为光模块半导体激光器和接收 器的关键材料。从市场竞争格局来看，磷化铟衬底材料市场头部厂商集中度很高，主要供 应商包括 Sumitomo、北京通美、日本 JX 等。根据 Yole 的数据，2020 年磷化铟衬底市 场 CR3 高达 90%以上，其中 Sumitomo 为全球第一大厂商，市占率达 42%；北京通美位 居第二，市占率达 36%；日本 JX 位居第三，市占率为 13%。随着国产衬底厂商不断涌 现以及产品质量逐渐提升，国内光芯片厂商选用国产衬底材料供应商的比例逐渐提升。以 源杰科技为例，2019-2020 年公司通过陕西电子采购住友电工衬底材料为主，2021 年及 以后北京通美成为公司第一大原材料供应商，同时国产供应商份额的提升也带来了成本的 下降。
